稠油乳化降黏剂研究应用进展

张 帆，赵培晔，曹艳秋，杨思玉，田茂章，宋文枫，范慧俐

（1.提高石油采收率国家重点实验室（石油勘探开发研究院采收率研究所），北京 100083；2.北京科技大学 化学与生物工程学院，北京 100083）

稠油乳化降黏剂研究应用进展

张 帆1，赵培晔2*，曹艳秋2，杨思玉1，田茂章1，宋文枫1，范慧俐2*

（1.提高石油采收率国家重点实验室（石油勘探开发研究院采收率研究所），北京 100083；2.北京科技大学 化学与生物工程学院，北京 100083）

在世界常规石油资源紧缺的局面下，稠油将成为常规石油资源的重要接替资源。稠油富含胶质和沥青质，密度大，黏度高，流动性差，其开采和输送困难。因此解决稠油的降黏问题，对稠油开采和管输等具有重要意义。本文总结了稠油化学降黏技术中乳化降黏技术的研究和应用。并分析了稠油降黏剂的发展趋势。

稠油；乳化降黏；降黏剂

随着世界常规原油储量逐年减少，作为重要的非常规石油资源，稠油成为人们在面临石油资源日益枯竭的现状时最先寻求的资源。稠油是指地层条件下，黏度大于50mPa·s或在油层温度下脱气原油黏度为l000～10000mPa·s的高黏度重质原油。稠油富含胶质和沥青质，黏度高，密度大，流动性差，给其开采和管输带来很大困难。降低稠油黏度，改善稠油流动性是解决稠油开采和管输问题的关键。

稠油降黏技术主要分为物理降黏和化学降黏，其中物理降黏技术包括热能降黏开采、稀释降黏开采和管道伴热降黏输送等；化学降黏技术包括化学剂降黏开采（乳化降黏和油溶性降黏剂降黏等）、微生物降黏开采和化学降黏管输等。我国稠油储量丰富，但许多油藏因区块分散、含油面积小、油层薄等原因不能经济地用蒸汽吞吐或电热等方法开采；在沙漠和海底铺设输油管道时，传统的加热输送方法不能适应恶劣的环境要求。因此，化学降黏技术对我国稠油的开采和输送具有特别重要的意义。化学降黏技术已显示出其得天独厚的优势，具有广阔的应用前景［1，2］

化学降黏就是通过向稠油中添加一定配比的化学添加剂，使稠油的凝固点和流动粘度下降，并抑制在抽油以及输送过程中石蜡析出的一种开采方法。乳化降黏技术具有降黏效果显著、体系易调、选择性多、技术经济价值高等特点。如应用井下乳化降黏技术，可提高泵效和油井的动液面，减少能耗，提高单井原油产量，因此，乳化降粘法在研究和实际生产中得到广泛关注和应用。乳化降黏剂是一类具有表面活性的物质，在使用过程中可以极大地减少油水界面张力，从而使得稠油黏度得到很大程度的降低。乳化降黏技术发展相对比较成熟，有的甚至降黏率能达到99%以上[1]。

根据化学结构表面活性剂通常分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型以及非离子－阴离子复合型。但阳离子型表面活性剂易被地层吸附或产生沉淀，所以很少用作驱油剂或乳化降黏剂。

1 阴离子型表面活性剂在稠油降黏中的应用

阴离子型表面活性剂在稠油勘探中的使用度很高，其中羧酸盐、磺酸盐型阴离子表面活性剂研究应用较多。

在驱油工艺中使用的羧酸盐类阴离子表面活性剂主要包括石油羧酸盐和天然羧酸盐。周萍雅[3]利用S-1#羧酸型阴离子表面活性剂对辽河油田曙22块进行化学驱油实验，获得了较好的配伍性，同时确定了碱/羧酸盐类表面活性剂驱油体系最佳配方为：1.0%～1.5%Na2CO3/0.3%～0.5%表面活性剂 S-1#；秦冰[4]等利用稠油中的天然羧酸组分合成了环烷酸盐、油酸盐、硬脂酸盐和共缩聚型羧酸盐，亲油端基的存在使得这些酸式盐的油溶性大大提高，从而提升了稠油乳化降黏效果。

目前，驱油用阴离子表面活性剂大部分使用的是烷基磺酸盐类化合物。李文宏[5]等针对矿化度为5000mg·kg-1的油样，分析了磺酸盐类阴离子表面活性剂单一组分的界面行为，实验表明浓度为0.3%的4-丁基萘磺酸钠（NBS）可将油水界面张力降至0.017mN·m-1；崔盈贤等[6]以辽河稠油为原料提取出石油磺酸盐，并利用该石油磺酸盐表面活性剂对辽河稠油和渤海稠油进行降黏实验，降黏率分别为99.76%和88.17%。这是因为从稠油中提取的石油磺酸盐中的亲油基团与稠油具有更好的相容性，从而提高了乳化降黏效果。

CN102618245A公开了一种乳化降黏剂[7]，由石油苯磺酸盐、阴离子表面活性剂和pH值调节剂组成。石油苯磺酸盐的烷基链较长，同时与稠油有较好的亲和性，因此可以形成界面性能较好的乳状液。该乳化降黏剂的抗矿盐能力强，能使稠油从油包水的乳化状态迅速转变为水包油乳液。这类乳化降黏剂的成本较低，适用于黏度在2400mPa·s以下的稠油降黏。在50℃下，对总矿化度为20000mg·L-1的稠原油进行乳化降黏测试，降黏率达到99%以上。秦冰、彭朴[8]制备了一类石油磺酸钠甲醛缩聚物，同时研究了不同组成的石油磺酸钠甲醛缩聚物与油水界面张力、稠油乳液的稳定性和乳液液滴粒径的关系。研究表明，由于石油磺酸钠甲醛缩聚物分子中含有缩合度不同的磺酸盐，作用过程中，分子大小不同的阴离子磺酸盐可以吸附在油水界面处，形成了一层致密的界面膜，从而降低界面张力。以石油磺酸钠甲醛缩聚物为主剂的乳化降黏剂在胜利油田单90井、草108井、陈25-4井和大港油田枣22-32井、4个稠油井取得了较好的现场乳化降黏效果。

石静[9]针对高温高盐度油藏下的陈家庄油田陈25块，研究了一种新型阴离子型化学降黏剂（AS）的乳化降黏性能。降黏剂AS与陈25块稠油可以形成稳定的水包油型乳状液，在70℃下，0.2%AS在油水体积比7∶3～3∶7范围内，乳化降黏率达到98%以上。AS具有良好的降黏性、耐高温、高抗盐性，能够满足胜利油田高温高盐普通稠油冷采开发的需要。陈陆建等[10]合成了一种阴离子型的多元共聚物油溶性稠油降黏剂。该降黏剂对含水率高的稠油降黏效果更好，如在50℃条件下，降黏剂加入量950mg·L-1时，降黏率可达59.29%。

张继超等[11]利用Klett光电比色仪对不同氧乙烯链节（EO数）的十六烷基聚氧乙烯醚磺酸钠（OPS）对稠油的乳化效果进行了分析研究，实验表明EO数为3的OPS对稠油的乳化效果最好；杨晓鹏等[12]对脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐表面活性剂（NNA）和脂肪醇聚氧乙烯进行性能对比实验，结果表明NNA的乳化效果更佳，同时还兼有阴离子表面活性剂耐温和非离子表面活性剂耐盐的双重优点；为了研究不同聚醚结构对乳化降黏效果的影响，贺伟东等[13]对聚氧乙烯醚（EO）磺酸盐和聚氧丙烯醚（PO）磺酸盐进行性能对比实验，实验表明在耐盐性上，聚氧乙烯醚磺酸盐更优。

石油磺酸盐类表面活性剂进行乳化降黏曾经被广泛采用。石油磺酸盐类表面活性剂对特定稠油具有很好的相容性，但是存在耐盐性不理想，在驱油过成中形成的O/W型乳状液稳定性较差的问题，限制了其发展应用。而有聚醚类结构的阴离子型表面活性剂，由于其自身结构的特殊性，可在合成阶段实现体系HLB的调节，因此具有很高的应用价值。

2 非离子表面活性剂在稠油降黏中的应用

非离子表面活性剂溶于水时不发生解离，因此，其基本不受地底矿盐离子的影响。非离子型表面活性剂中疏水基大致有以下几类：直链烷基（C8～20）、支链烷基（C8～20）、烷基苯基、松香衍生物、聚氧丙烯基、全氟聚氧丙烯基、氟代烷基及聚硅氧烷基等；常见的亲水基有聚氧乙烯基、糖基和多元醇等[14]。

李美蓉等[15]研究了OP-10降黏效果和稠油组成的关系，研究结果表明OP-10分子使稠油中的胶质与沥青质的氢键缔合作用减弱，从而破坏了沥青质的堆积结构。OP-10可使稠油由W/O型反相为O/W型乳状液，并且使稠油中蜡晶由细小均匀变为尺寸较大的絮凝体，从而破坏了蜡晶的三维网络结构，提高降黏效果。刘书杰等[16]针对海上油田稠油乳化剂对环保性能的要求，合成了一种改性烷基糖苷非离子表面活性剂，实验表明该表面活性剂无皮肤急性毒性、无鱼毒性，是一类环保型乳化降黏剂；当乳化降黏剂质量分数为0.3%时，油水界面张力可以降到10-3mN·m-1，稠油降黏率为92.1%。刘庆旺等[17]利用失水山梨醇、聚氧乙烯烷基苯酚醚型等非离子表面活性剂和渗透剂配合使用制成LJVR-1型降黏剂，对辽河冷家油田特稠油进行降黏实验，降黏率能达到99%以上。

非离子型表面活性剂具有很好的耐盐性，但是其热稳定性相对较差，油水界面不稳定，在抽油和输送过程中容易破乳失效。因此，非离子表面活性剂单独使用的效果并不理想，在实际油田开采中常与其他类型的表面活性剂配合使用。

3 阴离子-非离子复合型表面活性剂在稠油降黏中的应用

非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂具有很好的相容性和协同作用，因此，在很多油田开采技术中，非离子表面活性剂都是与阴离子表面活性剂进行复配使用[18]。目前，关于阴、非离子表面活性剂复配性能的研究报道很多。

周雅萍等[19]对阴离子表面活性剂重烷基苯磺酸盐和非离子表面活性剂聚氧乙烯壬基酚醚进行复配，结果表面油水界面张力能降到10-3数量级，同时形成的乳状液具有很好的长期热稳定性。姜汉桥等[20]将阴离子表面活性剂重烷基苯磺酸盐和烷基糖苷类非离子表面活性剂按质量比为1∶1进行复配，并与聚合物HPAM组成二元复合体系，证明该体系具有较好的耐温、抗盐和抗二价离子的性能。

姜康等[21]研究了主要成分为脂肪醇聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂，复配了三乙醇胺表面活性剂和脂肪酸二乙醇酞胺表面活性剂的A型降黏剂，并从形成的乳状液的粒径分布、降黏率、油水界面张力和洗油率等方面，考察了该降黏剂的降粘效果。实验结果表明降黏剂浓度越大，乳状液分水率越低，乳状液粒径分布越集中，油水界面张力越低，乳状液越稳定；随降黏剂浓度增大和油水比降低，降黏率逐渐升高，降黏率最高可达91.5%。

专利CN104312569A中公开了一种含聚四氟乙烯的非离子型降黏剂[22]。原料主要有：聚四氟乙烯20～27 份、碳纤维 1～3 份、丙烯酰胺 6～10 份、柠檬酸钠5～8份、碳酸钠6～10份、脂肪醇聚氧乙烯醚8～12份、蓖麻油8～12份、乙二醇丁醚20～28份、正戊醇12～18份。聚四氟乙烯作为聚合物添加剂可以与其他降黏组分起到很好的协同作用，进一步提高降黏效果。这种降黏剂尤其适合于在低温下的驱油过程，即使在-25℃依旧能保持良好的降黏效果。

自上世纪90年代以来，随着油田开采需求的提高，在高温高盐度油藏下，阴-非离子表面活性剂复合体系逐渐显露其弊端。阴离子、非离子表面活性剂有其各自的优势，但是这种物理复合导致体系容易在地底运移过程中出现“色谱分离”现象，使得降黏效果大大降低。因此有一些学者[23-25]开始考虑在阴-非离子复合体系中加入两性表面活性剂或者聚合物助剂以缓解甚至消除这一现象，并在两方面都取得了一些进展。

4 两性表面活性剂在稠油降黏中的应用

结构决定性能，两性表面活性剂具有特殊的正负电荷中心结构，因此表现出优良的应用性能，如耐高温性、抗高矿化度和乳化性能。但是两性表面活性剂很少用于单一乳化体系，一方面是因为单一组分的表面活性剂驱油效用较差。此外两性表面活性剂一般价格高于阴离子和非离子表面活性剂。

王雷等[26]针对塔河稠油高温高盐的油藏条件，合成了一种两性表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠（RJY-8），并考察了其降粘性能。结果表明：在高温高盐度条件下，该降黏剂与稠油形成的界面具有稳定的低界面张力；增大降黏剂质量分数，降低油水比与升高乳化温度均可稠油降黏率。配方0.4%RJY-8+0.5%尿素+0.01%部分水解聚丙烯酰胺对塔河稠油的降黏率几乎可达99%。

马国文等[27]针对羧基甜菜碱型两性表面活性剂进行研究，发现单一体系的羧基甜菜碱型两性表面活性剂的浓度要到0.5%以上时，体系界面张力才能降到10-3mN·m-1；通过与聚丙烯酰胺进行二元复配，0.2%两性表面活性剂和1000mg·L-1的聚丙烯酰胺配比可使得界面张力降至0.0007mN·m-1。李瑞冬等[28]研究发现当羧基甜菜碱和烷醇酰胺以1∶1和2∶1进行复配时，具有明显的协同效应，在总浓度为0.005%～0.2%范围内，油水界面张力值可降低到超低值。

5 新型表面活性剂在稠油降黏中的应用

近年来，有报道尝试一些新方法、合成一些新型表面活性剂用于石油开采。

Gemini型表面活性剂，也称为双子表面活性剂。与传统的表面活性剂相比，它具有更高的表面活性，而且其水溶液存在特殊的相行为和流变性。胡小冬等[29]针对阴离子双子表面活性剂进行研究，结果表明阴离子双子表面活性剂的表面活性很高，耐高温和抗盐性能都很高，适合高温高矿化度的稠油降黏开采。

CN102876310 A公开了一种稠油乳化降黏剂[30]，其组成为：阴离子表面活性剂、非离子-阴离子型的Gemini表面活性剂、C1～C8醇和水。其中，阴离子表面活性剂为石油磺酸盐甲醛缩聚物、磺化木质素的钠盐和钙盐中的一种或几种。这类Gemini双子表面活性剂具有如下结构：

其中，C1～C8醇优选 C2～C5且带支链结构的烷基醇。这类降黏剂具有很强的抗高矿盐性能，即使在矿化度高达220000mg·L-1的地层水中，仍能起到一定的降黏效果。此外，这种降黏剂不含有碱，因而可以避免碱对设备的腐蚀作用。

氟碳表面活性剂是指碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子所取代的表面活性剂。氟碳表面活性剂具有优异的物化性能，如高热稳定性，耐强酸性、耐强碱性和抗氧化性等，但是生成成本较高。氟碳表面活性剂单独使用时的吸附性能较差，因此，在实际开采时常与碳氢表面活性剂混用。这样一方面弥补氟碳表面活性剂界面活性不足的缺陷，同时也在一定程度上降低了成本。

6 结论与展望

（1）阴离子表面活性剂中，聚氧乙烯醚类磺酸盐在降黏性能、耐受性和稳定性上具有一定的优势，在进行复配选择上可以优先选择聚氧乙烯醚类磺酸盐，且其EO链节应长些为宜，但也不能太长，否则形成的乳状液稳定性太强，不利于后期破乳脱水。

（2）因为能够有效地抑制驱油过程中的“色谱分离”现象，同时添加组分和加料复配过程简单，以阴离子-非离子表面活性剂为基础的降黏体系展现出良好的应用前景。

（3）烷基糖苷类非离子表面活性剂和氟碳表面活性剂的使用性能很高，目前一些技术已经实现了生产成本上的减少，因此，这两类表面活性剂具有很好的应用前景，可考虑与阴离子表面活性剂聚氧乙烯醚类磺酸盐配合使用。

（4）关于稠油乳化降黏剂，在乳化降黏剂结构与性能的关系方面，在乳化降黏剂的普适性方面，以及在合成具有某些特定功能的新型的乳化降黏剂新方法和新思路方面还需要进一步研究。

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Adcances in emulsifying viscosity reducers for viscous crude oil

ZHANG Fan1，ZHAO Pei-ye2*，CAO Yan-qiu2，YANG Si-yu1TIAN Mao-zhang1，SONG Wen-feng1，FAN Hui-li2*
（1.State Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery（Sinopec Petroleum Exploration And Production Research Institute），Beijing 100083,China；2.College of Chemistry And Biology Engineering,University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China）

With the shortage of conventional oil reserves,heavy crude oil will become the substitute resource of conventional oil.Due to high colloid and asphaltene content,viscous crude oil has a high density and viscosity and poor flow-ability that it's difficult for its exploration and transportation.So solving the viscosity reduction problem has an important meaning in the exploration and pipeline transport of viscous crude oil.The passage summarizes the research advance and application of the technique of viscosity reduction by emulsifying of heavy oil,and analyses the developing direction of emulsion viscosity reducers.

viscous crude oil；emulsion and viscosity reducing；viscosity reducers

TE39；TE341

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20171148

2017-05-22

张 帆（1978-），女，高级工程师，2008年毕业于清华大学、博士，主要从事化学驱提高采收率研究工作。

导师简介：范慧俐，女，北京科技大学教授，研究方向：有机功能材料。